工控摘要：無(wú)線光通信技術(shù)高速率數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)構(gòu)成光通信分為有線光通信和無(wú)線光通信兩種。其中，有線光通信即光纖通信，在過去的幾年中，由于人們對(duì)傳輸速率的要求越來越高，使用高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠脩魯?shù)量每年都在遞增。
　　
　　光纖通信因?yàn)槟軅鬏敻咚俾实臄?shù)據(jù)，已成為廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)的骨干網(wǎng)絡(luò)之一，如今在廣域通信網(wǎng)中更有80%以上的信息是通過光纖傳輸?shù)摹o(wú)線光通信又稱自由空間光通信（FSO，F(xiàn)reeSpaceOpticalcommunication）。其作為一種光通信技術(shù)，具有三十多年的研究歷史。zui初，由于光學(xué)器件制造成本較高，無(wú)線光通信的研究于星際通信和國(guó)防通信領(lǐng)域。近年來，由于光通信器件制造技術(shù)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致無(wú)線光通信設(shè)備的制造成本大幅下降，尤其是其解決了從光纖骨干網(wǎng)到用戶之間的"zui后一英里"的問題，人們才又逐漸開始了無(wú)線光通信的民用研究。
　　
　　一、無(wú)線光通信技術(shù)的現(xiàn)狀：
　　
　　1、國(guó)外研究現(xiàn)狀
　　
　　在FSO領(lǐng)域，國(guó)外已經(jīng)開始了將近10年的研究，但是FSO產(chǎn)品真正投入使用也就是zui近幾年的事情。在FSO這個(gè)領(lǐng)域里，國(guó)外幾個(gè)大的FSO廠家，包括LightPointe、AirFiber、Canon、Terabeam。
　　
　　LightPointe將自由空間光學(xué)技術(shù)用于創(chuàng)造、設(shè)計(jì)和制造電信公司等級(jí)的光傳輸設(shè)備，向電信服務(wù)商提供比傳統(tǒng)光纜傳輸速度更快、成本更低的高速通訊解決方案。LightPointe的系統(tǒng)以超快的帶寬速度提供安全可靠的無(wú)線傳輸，速度zui高可達(dá)2.5Gbit/s，產(chǎn)品適應(yīng)性強(qiáng)，可解決城市地區(qū)的連接問題。
　　
　　AirFiber位于美國(guó)加洲SanDiego，主要服務(wù)于大城市大樓寬帶接入。它的產(chǎn)品稱為OptiMesh，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為網(wǎng)眼狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，冗余備份短距離622Mbit/s無(wú)線光傳輸系統(tǒng)。
　　
　　Canon主要產(chǎn)品有：CanobeamDT-50，速率從25Mbit/s到622Mbit/s，可連接FastEthernnet、FDDI、ATM。特點(diǎn)是具有自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，調(diào)整探測(cè)器件的位置以檢測(cè)激光束的光軸，所以不因建筑物的擺動(dòng)而使傳輸中斷。同時(shí)，鏡頭自動(dòng)跟蹤特性增加傳輸距離達(dá)2km。CanobeamIII：數(shù)據(jù)速率達(dá)到622Mbit/s，有不同的網(wǎng)絡(luò)接口，如ATM、FDDI、FastEthernet，并可選擇SNMP的TCP/IP。
　　
　　TeraBeamInternetSystems產(chǎn)品是基于IP的無(wú)光纖點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送和接收機(jī)，固定在辦公室窗戶上小衛(wèi)星碟。這些衛(wèi)星碟型天線的波束與安裝在樓內(nèi)的基站相連。
　　
　　2、國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
　　
　　目前在中國(guó)，無(wú)線光纖技術(shù)基本處于起步階段，有幾家公司在實(shí)驗(yàn)室作出了樣機(jī)，但是沒有規(guī)模性的生產(chǎn)，主要原因有FSO本身的可靠性問題，一些人對(duì)FSO技術(shù)存有一定程度的誤解和疑慮;還有一些用戶對(duì)FSO技術(shù)了解不多。
　　
　　桂林三十四所、清華同方有限公司、中科院成都光電技術(shù)研究所、深圳飛通有限公司、上海光機(jī)所等幾家單位，有比較成熟的樣機(jī)。
　　
　　桂林三十四所產(chǎn)品的主要性能參數(shù)有以下一些，傳輸速率：8Mbit/s，34Mbit/s，155Mbit/s;工作波長(zhǎng)：850nm;通信距離：1~4km;光發(fā)射功率：小于40mW。
　　
　　清華同方推出了面向未來的無(wú)線光鏈路的自由空間通信產(chǎn)品OWLinkE100。清華同方在快速追蹤系統(tǒng)具有自動(dòng)校準(zhǔn)功能獲得了，其產(chǎn)品還遵循眼睛安全標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　中科院成都光電技術(shù)研究所，開發(fā)的產(chǎn)品主要性能參數(shù)有傳輸速率:10Mbit/s;工作波長(zhǎng)：850nm;通信距離：1~4km;發(fā)射功率：3~30mW。
　　
　　上海光機(jī)所承擔(dān)的"無(wú)線激光通信系統(tǒng)"具有雙向高速傳輸和自動(dòng)跟蹤功能。其傳輸速率可以達(dá)到622Mbit/s，通信距離可以達(dá)到2km。自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)采用雙波長(zhǎng)同光路接收鏡筒和高靈敏度位敏探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)靈敏的伺服跟蹤。深圳飛通有限公司開發(fā)出的樣機(jī)，其速率有155Mbit/s、622Mbit/s以及1.25Gbit/s幾種，通信距離zui遠(yuǎn)可達(dá)4km。
　　
　　二、無(wú)線光通信系統(tǒng)的構(gòu)成
　　
　　無(wú)線光通信系統(tǒng)是以大氣作為傳播媒質(zhì)來進(jìn)行光信號(hào)的傳遞的。只要在收發(fā)兩個(gè)端機(jī)之間存在無(wú)遮擋的詩(shī)句路徑和足夠的光發(fā)射頻率，就可以通信。一個(gè)無(wú)線光通信系統(tǒng)包括三個(gè)基本部分：發(fā)射機(jī)、信道和接收機(jī)。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)那闆r下，每一端都設(shè)有光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)全雙工的通信。系統(tǒng)所用的基本技術(shù)是光電轉(zhuǎn)換。光發(fā)射機(jī)的光源受到電信號(hào)的調(diào)制，通過作為天線的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，將光信號(hào)通過大氣信道傳送到接收機(jī)望遠(yuǎn)鏡;在接收機(jī)中，望遠(yuǎn)鏡收集接收到光信號(hào)并將它聚焦在光電檢測(cè)器中，光電檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由于大氣空間對(duì)不同光波長(zhǎng)信號(hào)的透過率有較大的差別，可以選用透過率較好的波段窗口。對(duì)基于FSO的系統(tǒng)來說，zui常用的光學(xué)波長(zhǎng)是近紅外光譜中的850nm;還有一些基于FSO的系統(tǒng)使用1500nm的波長(zhǎng)，可以支持更大的系統(tǒng)功率。
　　
　　三、無(wú)線光通信系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：
　　
　　1、頻帶寬，速率高
　　
　　從理論上講，F(xiàn)SO的傳輸帶寬與光纖通信的傳輸帶寬相同，只是光纖通信中的光信號(hào)在光纖介質(zhì)中傳輸，而FSO的光信號(hào)在空氣介質(zhì)中傳輸。FSO產(chǎn)品目前zui高速率可達(dá)2.5Gbit/s，zui遠(yuǎn)可傳送4km。
　　
　　2、頻譜資源豐富
　　
　　與微波技術(shù)相比，F(xiàn)SO設(shè)備多采用紅外光傳輸，有相當(dāng)豐富的頻譜資源，不需要申請(qǐng)頻率執(zhí)照，也不需要交納頻率占用費(fèi)，這是一般微波通信和無(wú)線通信*的。
　　
　　3、適用任何通信協(xié)議
　　
　　適用于任何環(huán)境，不依賴某種協(xié)議?，F(xiàn)在通信網(wǎng)絡(luò)常用的SDH、ATM、以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)等都能通過，并可支持2.5Gbit/s的傳輸速率，用于傳輸數(shù)據(jù)、聲音和影像等各種信息。
　　
　　4、架設(shè)靈活便捷
　　
　　FSO可以直接架設(shè)在屋頂，以及在江河湖海上進(jìn)行通信，可以完成地對(duì)空、空對(duì)空等多種光纖通信無(wú)法完成的通信任務(wù)，而且無(wú)需埋設(shè)光纖，可以在幾小時(shí)內(nèi)建立起通信鏈路，方便快捷，大大縮短了施工周期。
　　
　　5、安全可靠
　　
　　無(wú)線光通信的安全性是非常顯著的，由于光通信具有非常好的方向性和非常窄的波束，因此竊聽和人為干擾幾乎是不可能的。
　　
　　6、經(jīng)濟(jì)
　　
　　光纖網(wǎng)絡(luò)的成本通常很高，鋪設(shè)過程耗時(shí)，而且投資不可撤回，而無(wú)線光通信技術(shù)可以在城域光網(wǎng)之外提供高帶寬連接，而成本只有在地下埋設(shè)光纜的五分之一。
　　
　　四、無(wú)線光通信系統(tǒng)存在的問題
　　
　　FSO是一種視距寬帶通信技術(shù)，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間需要嚴(yán)格的視線傳播，當(dāng)通信設(shè)備安裝在高樓的頂部時(shí)，在風(fēng)力的作用下建筑物會(huì)發(fā)生擺動(dòng)，這樣便會(huì)影響激光器的對(duì)準(zhǔn)。由于大樓結(jié)構(gòu)中某些部分的熱脹或輕微的地震等原因，有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)和接收機(jī)無(wú)法對(duì)準(zhǔn)。
　　
　　惡劣的天氣情況，會(huì)對(duì)傳播信號(hào)產(chǎn)生衰耗。空氣中的散射粒子，會(huì)使光線在空間、時(shí)間和角度上產(chǎn)生偏差。大氣中粒子還會(huì)吸收激光的能量，衰減信號(hào)的發(fā)射功率。
　　
　　傳輸距離與信號(hào)質(zhì)量的矛盾非常突出，傳輸距離越大，光束就會(huì)越寬，接收的光信號(hào)質(zhì)量越差。
　　
　　激光的安全問題必須考慮。發(fā)射功率必須限制在保證眼睛安全的功率范圍內(nèi)。
　　
　　五、無(wú)線光通信的應(yīng)用
　　
　　無(wú)線光通信的主要應(yīng)用可歸納為如下幾個(gè)方面
　　
　?。?）在不具備有線接入條件或原帶寬不足時(shí)提供的接入方案
　　
　　無(wú)線光通信可以不必在城市內(nèi)破路埋線而快速地在樓宇間實(shí)現(xiàn)寬帶數(shù)字通信，也可在不便鋪設(shè)光纜地區(qū)、沒有橋梁的大河兩岸之間實(shí)現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)通信傳輸。在1994年，加里福尼亞的ThermoTrex公司，成功地進(jìn)行了在相距42km、海拔高度為2133m的兩座山峰之間的傳輸實(shí)驗(yàn)，傳輸數(shù)速率為1.2Gbit/s。
　　
　　（2）有效解決“zui后一公里”問題
　　
　　無(wú)線光通信可以解決各種業(yè)務(wù)接入的“zui后一公里”問題，提高用戶接入端的傳輸容量和速度，能夠較好地滿足電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和IP網(wǎng)三網(wǎng)合一對(duì)帶寬的要求。
　　
　　四、無(wú)線光通信系統(tǒng)存在的問題
　　
　　FSO是一種視距寬帶通信技術(shù)，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間需要嚴(yán)格的視線傳播，當(dāng)通信設(shè)備安裝在高樓的頂部時(shí)，在風(fēng)力的作用下建筑物會(huì)發(fā)生擺動(dòng)，這樣便會(huì)影響激光器的對(duì)準(zhǔn)。由于大樓結(jié)構(gòu)中某些部分的熱脹或輕微的地震等原因，有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)和接收機(jī)無(wú)法對(duì)準(zhǔn)。
　　
　　惡劣的天氣情況，會(huì)對(duì)傳播信號(hào)產(chǎn)生衰耗?？諝庵械纳⑸淞Ｗ樱瑫?huì)使光線在空間、時(shí)間和角度上產(chǎn)生偏差。大氣中粒子還會(huì)吸收激光的能量，衰減信號(hào)的發(fā)射功率。
　　
　　傳輸距離與信號(hào)質(zhì)量的矛盾非常突出，傳輸距離越大，光束就會(huì)越寬，接收的光信號(hào)質(zhì)量越差。
　　
　　激光的安全問題必須考慮。發(fā)射功率必須限制在保證眼睛安全的功率范圍內(nèi)。
　　
　　五、無(wú)線光通信的應(yīng)用
　　
　　無(wú)線光通信的主要應(yīng)用可歸納為如下幾個(gè)方面
　　
　?。?）在不具備有線接入條件或原帶寬不足時(shí)提供的接入方案
　　
　　無(wú)線光通信可以不必在城市內(nèi)破路埋線而快速地在樓宇間實(shí)現(xiàn)寬帶數(shù)字通信，也可在不便鋪設(shè)光纜地區(qū)、沒有橋梁的大河兩岸之間實(shí)現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)通信傳輸。在1994年，加里福尼亞的ThermoTrex公司，成功地進(jìn)行了在相距42km、海拔高度為2133m的兩座山峰之間的傳輸實(shí)驗(yàn)，傳輸數(shù)速率為1.2Gbit/s。
　　
　?。?）有效解決“zui后一公里”問題
　　
　　無(wú)線光通信可以解決各種業(yè)務(wù)接入的“zui后一公里”問題，提高用戶接入端的傳輸容量和速度，能夠較好地滿足電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和IP網(wǎng)三網(wǎng)合一對(duì)帶寬的要求。
　　
　　1、發(fā)射、接收的瞄準(zhǔn)的研究
　　
　　在大風(fēng)中或因地震引起大樓的擺動(dòng)，發(fā)射機(jī)發(fā)送的光信號(hào)對(duì)不準(zhǔn)接收機(jī)，產(chǎn)生的誤差大，甚至通信無(wú)法實(shí)現(xiàn)。目前的研究方向在于提高激光的瞄準(zhǔn)，怎樣利用非機(jī)械裝置來實(shí)現(xiàn)的對(duì)準(zhǔn)和快速瞄準(zhǔn);在接收機(jī)方面，散射光線也帶有信息，接收散射光線越多，接收的信號(hào)能量越大，但同時(shí)接收的噪聲也越大，所以盡量提高接收機(jī)接收信號(hào)總功率，又不能降低信噪比成為研究目標(biāo)。
　　
　　2、減小大氣對(duì)通信的影響
　　
　　在不同的環(huán)境中不同波長(zhǎng)的光線會(huì)有不同的傳播特性，這些不同的特性導(dǎo)致了在不同環(huán)境下，不同波長(zhǎng)的光線會(huì)有不同的吸收窗口、不同的散射函數(shù)以及不同的折射率，需要尋求一種*波長(zhǎng)，在通信鏈路中找出波長(zhǎng)與性能的*組合。
　　
　　3、傳輸速率的提高
　　
　　FSO相對(duì)于其他接入設(shè)備zui大的優(yōu)勢(shì)之一就是帶寬?，F(xiàn)在FSO產(chǎn)品的速率從2Mbit/s開始，形成多個(gè)系列，比較典型的有10Mbit/s、100Mbit/s、155Mbit/s、622Mbit/s。有的公司采用波分復(fù)用技術(shù)，速率可以達(dá)到2.5Gbit/s、10Gbit/s。
　　
　　綜上所述，無(wú)線光通信作為一種新興的技術(shù)，在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域都具有著很大的開發(fā)和發(fā)展?jié)摿?，伴隨著FSO技術(shù)的不斷完善及基礎(chǔ)設(shè)備的不斷革新，其必將正在成為一種熱門技術(shù)，必會(huì)引起通信領(lǐng)域的重大變革。